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Los meteoritos y la Tierra son más similares de lo que se creía

TítuloA nucleosynthetic origin for the Earth’s anomalous 142Nd composition
Primer autor: C. Burkhardt
Institución del primer autor: University of Münster
Estado: Publicado en Nature
Astrobites original

La astronomía consiste en observar el cielo nocturno. Sin embargo, cuando queremos averiguar sobre el origen del sistema solar, te sorprenderías de cuánto se puede aprender sobre la historia de éste mirando hacia abajo, a la Tierra. Consideremos la abundancia de un elemento llamado neodimio (Nd). Mediciones anteriores sugerían un exceso en Nd-142 (un isótopo del neodimio con una masa de 142 unidades de masa atómica) en la Tierra comparada con las abundancias medidas en meteoritos, mientras que las abundancias de otros isótopos son similares en la Tierra y en meteoritos que han caído a ésta. Una explicación bastante popular fue que la abundancia de Nd-142 en el manto terrestre se incrementó gracias a un mecanismo geológico conocido como diferenciación planetaria. Como el nombre diferenciación sugiere, describe el proceso de separación de componentes. Los materiales más densos se hunden hacia el centro del planeta, mientras que los menos densos suben hacia el manto. De esta manera, distintas composiciones pueden ocurrir en un planeta, posiblemente resultando en un exceso de Nd-142 en el manto terrestre, mientras que cuerpos pequeños, como los meteoritos, no son afectados por la diferenciación. Si esta fuera la explicación del exceso, uno también esperaría la existencia de un depósito complementario que estuviera deficiente en Nd-142. Hasta ahora, dicho depósito no ha sido nunca encontrado, y los investigadores se refieren a él como el “depósito oculto”.

Sin embargo, los autores de este artículo proponen que tal depósito nunca será encontrado por una razón muy sencilla: no existe. Midieron proporciones de distintos isótopos de Nd usando un espectrómetro de masas, ¡y con una incerteza más baja que cualquier otra anterior! Lo que encontraron es que el exceso aparente de Nd-142 fue inducido a través de incertezas en las mediciones anteriores, por lo que simplemente es algo inexistente. A su vez, los autores encuentran que las proporciones de isótopos de Nd en la Tierra y meteoritos son muy similares, cuando se toman en cuenta las posibles diferencias relacionadas a la formación de elementos en la nucleosíntesis estelar. La mayoría de los elementos pesados son producidos mediante la captura de neutrones, ya sea mediante un proceso lento o rápido. Estos son llamados procesos s y procesos r, respectivamente. Más aún, una pequeña fracción de los elementos fueron producidos mediante la captura de protones, a lo que se le conoce como proceso p. Como los autores muestran, todas las proporciones isotópicas caen en una línea que es consistente con una línea deficiente de procesos s, lo que significa que las diferencias medidas en meteoritos y la Tierra se deben simplemente al lugar en donde fueron producidas mucho tiempo atrás, cuando el sistema solar se comenzaba a formar. Cuando miras los gráficos con más detenimiento, puedes percatarte que el cuadrado blanco está muy alejado de la línea. Los autores explican esta diferencia mirando el contenido de este meteorito en particular en más detalle. Ellos sugieren que este meteorito (Allende) contiene las llamadas “Inclusiones ricas en calcio-aluminio” (CAIs, por sus siglas en inglés), en adición a los componentes que también están presentes en otros meteoritos. Las CAIs son interesantes por si mismos, porque son los materiales más antiguos que conocemos del sistema solar, y se cree que se formaron de manera diferente que el resto de los componentes de meteoritos. Como puedes ver, las proporciones de CAIs medidas están muy por fuera de la línea (triángulos blanco y gris). Tomando la contribución de las CAIs en cuenta, los autores pueden calcular cómo sería la abundancia sin ellos. Haciendo ésto, encuentran que el resultado (cuadrado gris) también es consistente con la línea de procesos s, y de esta forma los componentes libres de CAIs en Allende revelan una composición similar a la de la Tierra y otros meteoritos usados en el estudio.

Figura 1: Proporciones de isótopos de Neodimio. Panel superior izquierdo: 143Nd/145Nd. Superior derecho: 142Nd/148Nd. Inferior izquierdo: 142Nd/150Nd, inferior derecho: 142Nd/144Sm. Los valores están dados en la notación $\mu$, la cual enfatiza la desviación de un valor de referencia, multiplicándolo por 1 millón. La definición puede ser encontrada al final de este Astrobito.

Figura 1: Proporciones de isótopos de Neodimio. Panel superior izquierdo: 143Nd/145Nd. Superior derecho: 142Nd/148Nd. Inferior izquierdo: 142Nd/150Nd, inferior derecho: 142Nd/144Sm. Los valores están dados en la llamada “notación μ”, la cual enfatiza la desviación de un valor de referencia, multiplicándolo por 1 millón. La definición puede ser encontrada al final de este Astrobito.

Los resultados tienen consecuencias para los modelos de formación estelar. El hecho de que no necesitamos el evento de diferenciación global de silicato, que debiera haber ocurrido durante los 30 primeros millones de años después de la formación de la tierra, relaja las restricciones a estos modelos. Especialmente, algunas personas creían que un gran impacto llamado el “Bombardeo intenso tardío” ocurrió durante este período y causó la pérdida del hipotéticamente oculto depósito bajo en Nd-142. A pesar de que el presente estudio no descarta la existencia de un bombardeo intenso, relaja las restricciones acerca de cuándo ocurrió – si es que ocurrió. Finalmente, aún es interesante descubrir el origen del déficit de procesos s medidos. Considerando que los componentes de meteoritos se formaron en un disco protoplanetario temprano, las diferentes proporciones de abundancias pueden reflejar diferencias tanto en el espacio como en el tiempo. Posiblemente, las proporciones eran diferentes en distintos lugares en el sistema solar temprano o, alternativamente, las proporciones reflejan diferencias en el tiempo, inducidas por procesos que ocurrieron dentro del sistema solar o por contaminantes del medio interestelar que lo rodea.

 

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Definición de la “notación μ”

 

 

 

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